วิศวกรรม Archives - เหล่าคนฟัง EDM ต้องมาฟัน Terror

โรงงานโมเลกุล: การผสมผสานระหว่างธรรมชาติและเคมีนั้นมีประโยชน์

ภายในเซลล์นั้นโรงงานทางชีวภาพที่เกิดขึ้นจริงจะมีการรวมโมเลกุลของสิ่งมีชีวิต สายการประกอบของเซลล์เป็นช่องเล็ก ๆ ที่เรียกว่า organelles ซึ่งมีปฏิกิริยาทางเคมีมากมายเกิดขึ้นทั้งภายในและระหว่างพวกมัน สำหรับการใช้งานทางการแพทย์โรงงานโมเลกุลที่ทำหน้าที่เป็นเซลล์ประดิษฐ์จะถูกนำมาใช้อย่างเหมาะสมเพื่อผลิตโมเลกุลหรือยาที่ขาดหายไปหรือจำเป็น

แคปซูลสังเคราะห์ที่อ่อนนุ่ม

การทำงานร่วมกันระหว่างภาควิชาเคมีที่มหาวิทยาลัยบาเซิลสถาบันนาโนสวิสและวิศวกรรมระบบโมเลกุล NCCR ทำให้การพัฒนาโรงงานโมเลกุลประสบความสำเร็จ ข้อแรกนักวิจัยนำโดยศาสตราจารย์คอร์เนเลียพาลิแวนและศาสตราจารย์วูล์ฟกังเมียร์ออกแบบอวัยวะเทียมซึ่งเป็นส่วนที่แตกต่างกันของเซลล์ พวกเขาบรรจุแคปซูลแบบนิ่มสังเคราะห์ที่มีเอนไซม์และติดตั้งด้วยโปรตีนเมมเบรนซึ่งทำหน้าที่เหมือน “ประตู” ประตูเหล่านี้ให้โมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของเอนไซม์ในการเข้าและออกจากแคปซูล

ต่อจากนั้นเซลล์ธรรมชาติถูกป้อนเข้ากับอวัยวะเทียมเหล่านี้ หลังจากการกระตุ้นเซลล์ผลิตถุงขนาดไมโครมิเตอร์ธรรมชาติ สิ่งเหล่านี้มีเยื่อหุ้มเซลล์ธรรมชาติและไซโตพลาสซึมล้อมรอบอวัยวะเทียมและดังนั้นจึงสามารถทำหน้าที่เป็นโรงงานโมเลกุลได้

ตัวอ่อนปลาม้าลายเป็นสัตว์จำลอง

โรงงานโมเลกุลถูกฉีดเข้าไปในตัวอ่อนปลาม้าลายโดยนักวิจัยจากกลุ่มที่นำโดยศาสตราจารย์Jörg Huwyler (Pharmazentrum แห่งมหาวิทยาลัยบาเซิล) ในรูปแบบสัตว์นี้พวกเขาผลิตสารประกอบที่ต้องการซึ่งถูกเร่งโดยเอนไซม์ในอวัยวะเทียม ความมีชีวิตของสัตว์ไม่ได้ลดลงจากการฉีด

“การรวมกันของถุงธรรมชาติและออร์แกเนลล์สังเคราะห์ขนาดเล็กเป็นสิ่งที่ทำให้โรงงานโมเลกุล: ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นภายในเซลล์” ดร. Tomaz Einfalt และ Dr. Martina Garni ผู้เขียนบทความคนแรก .

ภายในโรงงานโมเลกุลสามารถผลิตและประกอบชิ้นส่วนหลายชิ้นเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้ ถุงสังเคราะห์ทางชีวภาพยังสามารถถ่ายโอนส่วนประกอบจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง สามารถรวมโรงงานโมเลกุลต่าง ๆ เพื่อให้สามารถสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนที่มีฟังก์ชั่นสูง – ขั้นตอนแรกสู่การผลิตเซลล์ประดิษฐ์ในห้องปฏิบัติการหรือในสิ่งมีชีวิต

การปลูกผลึกที่ทำให้เครียดจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ perovskite

วิศวกรรมจำนวนน้อยใน perovskites เป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่งเพราะเป็นวิธีที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในคุณสมบัติของวัสดุเช่นวิธีการดำเนินการไฟฟ้าดูดซับและส่งแสงหรือมีความเสถียร

“คุณสามารถใช้วิศวกรรมสายพันธุ์เป็นปุ่มเพื่อปรับฟังก์ชั่นที่มีอยู่หรือแม้กระทั่งติดตั้งฟังก์ชั่นใหม่ในวัสดุ” Sheng Xu ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมนาโนที่ UC San Diego Jacobs School of Engineering และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าว

มีเทคนิคที่ใช้ความร้อนเพื่อแนะนำสายพันธุ์ในผลึก perovskite แต่โดยทั่วไปความเครียดนั้นมีอายุสั้นหรือไม่สามารถควบคุมได้ในแง่ของขนาดซึ่งทำให้ perovskites ที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานแบบความเครียด เทคนิควิศวกรรมสายพันธุ์ที่มีอยู่ก็ไม่เข้ากันกับกระบวนการผลิตอุปกรณ์

Xu และทีมของเขาจัดการกับปัญหาเหล่านี้โดยการปลูกผลึก perovskite ที่มีรูปร่างผิดปกติอย่างระมัดระวัง เทคนิคของพวกเขาฝังความเครียดลงในโครงสร้างของวัสดุอย่างถาวรและช่วยให้พวกเขาสามารถปรับแต่งปริมาณของความเครียด – ยิ่งผลึกขัดแตะผิดรูปมากเท่าไรความเครียดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ชนิดของ perovskite ที่ตรวจสอบในการศึกษานี้คือ alpha-formamidinium lead iodide ซึ่งถูกใช้เพื่อสร้างประสิทธิภาพสูงสุดของ perovskite solar cells จนถึงปัจจุบัน นักวิจัยได้ทำการเพิ่มผลึกของวัสดุบนชุดของวัสดุพื้นผิว perovskite ที่มีองค์ประกอบที่แตกต่างกันและขนาดของตาข่าย – กระบวนการที่เรียกว่าการเจริญเติบโตของ heteroepitaxial ในฐานะที่เป็นวัสดุตกผลึกมันนำขนาดขัดแตะของสารตั้งต้นซึ่งบังคับให้ผลึกไอโอไดด์แอลฟา – formamidinium นำไปสู่การเติบโตที่แตกต่างกว่าปกติ

“ ดังนั้นการขัดแตะในวัสดุจะผิดรูปและทำให้เครียดไปตามองศาที่แตกต่างกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการขัดแตะขัดแตะระหว่างวัสดุและสารตั้งต้น” Yimu Chen อธิบายปริญญาเอก nanoengineering นักเรียนในห้องปฏิบัติการของ Xu และผู้เขียนร่วมการศึกษาคนแรก

“เนื่องจากเรากำลังแนะนำสายพันธุ์ในระดับอะตอมเราจึงสามารถออกแบบสายพันธุ์และควบคุมได้อย่างแม่นยำ” Yusheng Lei ผู้ซึ่งเป็นปริญญาเอกด้านวิศวกรรมนาโนกล่าวด้วยเช่นกัน นักเรียนในห้องทดลองของ Xu และผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษา

นักวิจัยได้พัฒนาคริสตัลเพอร์มอสไซท์โดยมีความเครียด 5 ระดับตั้งแต่ 0 ถึง -2.4% พวกเขาพบว่า -1.2% สายพันธุ์ผลิตตัวอย่างที่มีความคล่องตัวผู้ให้บริการที่ดีที่สุด

ทีมยังรายงานการค้นพบที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่ง: การปลูกผลึกอัลฟ่า – ฟอร์มิดาดินเนียมตะกั่วไอโอไดด์ “ในรูปแบบที่ปราศจากความเครียดอัลฟา – ฟอร์มิมินีเนียมตะกั่วไอโอไดด์ต้องผ่านการเปลี่ยนเฟสจากโฟโตอิเล็กทริกเป็นเฟสที่ไม่มีแสงซึ่งไม่ดีสำหรับแอพพลิเคชั่นโซลาร์เซลล์” เฉินกล่าว “ด้วยวิธีการเติบโตของเราเราสามารถล็อคโครงสร้างผลึกของวัสดุด้วยวัสดุตั้งต้นเพื่อป้องกันการเปลี่ยนเฟสนี้และเพิ่มความเสถียรของเฟส”

ในการศึกษาในอนาคตนักวิจัยจะสำรวจว่ามีคุณสมบัติและฟังก์ชั่นอะไรใหม่ ๆ ที่พวกเขาสามารถทำให้วิศวกรเป็น perovskites โดยใช้วิธีการของพวกเขา พวกเขายังจะทำงานเพื่อปรับกระบวนการของพวกเขาให้เติบโตฟิล์มบางที่มีผลึกขนาดใหญ่ผลึกเดี่ยวสำหรับงานอุตสาหกรรม